SE510404C2 - Anordning och förfaranden för att mata energi från en växelspänningskälla - Google Patents

Description

Üi51o 404 i 2 lingspunkten mellan spolen och uppladdnings/urladdningskret- sen. Denna krets fungerar som så att när kopplingsorganet är frånslaget laddar spänningen från källan upp de båda konden- satorerna. När kopplingsorganet slutes jordas spolens ena ände och hela den spänning som källan vid tillfället har på- tryckes över spolen. De båda kondensatorerna laddas samtidigt ur parallellt genom varsin lindning för att alstra en spänning över den tredje lindningen, vilken användes till att alstra en likspänning. Spolen drives i denna krets i en dis- kontinuerlig ledningsmod (DCM), det vill säga den avger all i sig lagrad energi till de båda kondensatorerna. Skulle spolen arbeta i kontinuerlig ledningsmod (CCM) och omvandlaren vara ansluten till en last som drar lite ström, så skulle konden- satorerna inte laddas ur i samma takt som de laddas upp genom spolen. Detta leder till en höjd spänning över kondensa- torerna som i sin tur påverkar den pulsbredd som styr ström- ställaren. Spänningen över kondensatorerna kan då bli så stor att onödigt kraftiga och stora eller flera stycken kondensa- torer skulle krävas, alternativt att ett högspänningsskydd skulle krävas för att begränsa denna spänning. Dessa åtgärder gör alla att kretsen blir relativt dyr. Man kan även åtgärda detta problem genom att använda ytterligare en reglerslinga, men då krävs ytterligare en styrd strömställare, vilken kräver annorlunda styrning än den första strömställaren. Ãven detta fördyrar denna anordning.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Den föreliggande uppfinningen löser problemet med att i en omvandlare innefattande en transformator, minst ett induk- tororgan och minst en uppladdnings/urladdningskrets erhålla hög effektfaktor och god funktion i kontinuerlig ledningsmod med låg last och samtidigt uppfylla kraven på utseendet av 3 510 404 inspänningen och inströmmen från en växelsspänningskälla till en anordning enligt standarden IEC 1000-3-2.

Detta problem löses genom att en styrd strömställare är kopplad i samma strömslinga som en primärlindning av trans- formatorn, så att energi som matas till nämnda primärlindning ej enbart kommer från uppladdnings/urladdningskretsen utan även från källan via induktororganet. Därigenom kan den spänningsnivå som kondensatorer innefattade i uppladd- nings/urladdningskretsen uppladdas till styras till att ej bli för hög vid låg last och kontinuerlig ledningsmod. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en anordning samt förfaranden för matning av energi från en växelspänningskälla som ger hög effektfaktor och som uppfyller kraven pà inspänningens och inströmmens utseende enligt standarden IEC 1000-3-2 samtidigt som god funktion erhålles vid kontinuerlig ledningsmod och låg last.

En dylik anordning enligt uppfinningen innefattar minst ett induktororgan kopplat mellan en likriktarbrygga och en första uppladdnings/urladdningskrets samt en omvandlare. I omvandlaren finns en transformator som innefattar en primär- lindning kopplad i en slinga, vilken sträcker sig från en utgàngsklämma på likriktarbryggan till hopkopplingspunkten mellan induktororganet och uppladdnings/urladdningsakretsen.

Denna slinga innefattar även ett styrbart kopplingsorgan.

Ett dylikt förfarande enligt uppfinningen för att ener- giförsörja en omvandlare med en ingång innefattar följande på varandra följande steg när absolutvärdet av spänningen hos källan är större än eller ungefär lika med en högsta mellan- spänning över minst en första kondensator eller första upp- sättning kondensatorer i minst en första del av en grupp kondensatorer: al) att energi matas fràn källan till minst ett induktororgan samt till minst den första delen av konden- 510 404 i 4 satorerna i gruppen och b) att energi matas till omvandlaren från källan via induktororganet och parallellt från åtmin- stone alla kondensatorer eller uppsättningar kondensatorer i den första delen av gruppen som har den högsta mellanspän- ningen, varvid mängden energi som matas fràn källan i steg b) är beroende av spänningen över ingången på omvandlaren.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en dylik anordning och ett förfarande som dessutom har en mjukare matning av omvandlaren, det vill säga åstadkommer mindre övertoner i inströmmen, och som åstadkommer mer effek- tiv energimatning av omvandlaren.

Denna anordning innefattar dessutom en tredje konden- sator som är kopplad parallellt med den tidigare nämnda slingan.

Detta förfarande innefattar stegen: al) att energi matas från källan till minst ett induktororgan, till en tredje kon- densator, som inte är någon del av gruppen, samt eventuellt till minst den första delen av kondensatorerna i gruppen och a2) att energi matas till omvandlaren från den tredje kon- densator och från källan via induktorn, varvid mängden energi som matas från källan i steg a2) är beroende av spänningen över ingången på omvandlaren.

Det sista steget följes eventuellt av steget b) att omvandlaren matas från källan via induktororganet, från den tredje kondensatorn och parallellt från åtminstone alla kondensatorer eller uppsättningar med kondensatorer i den första delen av gruppen som har den högsta mellanspänningen över sig.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en anordning och ett förfarande som dessutom klarar av att arbeta efter tidigare nämnda princip och avge väsentligen samma spänning till omvandlaren för två olika växelspänningskällor, när den 510 404 ena har spänningsnivåer som är ungefär hälften så stora som den andra källans spänningsnivâer.

Detta ästadkommes med en anordning enligt uppfinningen som innefattar ett andra induktororgan kopplat mellan den andra utgångsklämman på likritarbryggan och slingan, minst en andra uppladdnings/urladdningskrets som är kopplad mellan en andra anslutningsklämma på det första uppladdnings/urladd- ningsorganet och hopkopplingspunkten mellan slingan och det andra induktororganet samt ett ytterligare kopplingsorgan kopplat mellan en ingångsklämma pà likriktarbryggan och hop- kopplingspunkten mellan två av uppladdnings/urladdningskret- sarna. _ Fördelen med den föreliggande uppfinningen är att spänningen över de i anordningen enligt uppfinningen ingående uppladdnings/urladdningskretsarna styrs av strömmen genom ett första och eventuellt ett andra induktororgan, så att nämnda spänning ej kan skena vid låg last och kontinuerlig drifts- mod.

Ytterligare en fördel är att den i anordningen enligt uppfinningen ingående transformatorn endast innefattar två lindningar och att inte något högspänningsskydd eller några extra kondensatorer för överdimensionering av kretsen krävs, vilket ger en billig anordning när den skall kunna drivas i kontinuerlig ledningsmod vid låg last.

Uttrycket uppladdnings/urladdningskrets är avsett att betyda ett antal kondensatorer, vilka är så sammanbundna att alla uppladdas i serie med varandra, men urladdas parallellt när spänningen över var och en av kondensatorerna är lika stor. Begreppet uppsättning avser minst två kondensatorer, vilka är seriekopplade både under uppladdning som urladdning.

En uppsättning kan sträcka sig genom flera sammankopplade uppladdnings/urladdningskretsar. Begreppet grupp av konden- = 510 404 6 satorer är avsett att betyda alla kondensatorer i samtliga uppladdnings/urladdningskretsar som är innefattade i en anordning enligt uppfinningen och begreppet del av en grupp kondensatorer är avsett att ange en eller några av uppladd- nings/urladdningskretsarna som är innefattade i en anordning enligt uppfinningen. Med högsta mellanspänning över en del av en grupp kondensatorer avses den spänning över en kondensator eller uppsättning kondensatorer i en del av en grupp som är högre än eller lika med övriga spänningar över de andra kondensatorerna eller uppsättningarna med kondensatorer i samma del av gruppen.

FIGURBESKRIVNING Den föreliggande uppfinningen kommer att närmare beskrivas i anslutning till de bifogade ritningarna, där fig. 1 visar ett kretsschema över en första utförings- form av en anordning enligt uppfinningen, fig. 2A visar kurvor över hur spänningen över ett i anordningen i fig. 1 innefattat styrbart kopplingsorgan varierar med tiden vid detta kopplingsorgans omslagsfrekvens, fig. 2B visar kurvor över hur mot spänningarna i fig. 2A svarande strömmar varierar med tiden, fig. 2C visar kurvor över hur mot de i fig. 2A och 2B visade kurvorna svarande kurvor över spänningen över en i fig. 1 visad tredje kondensator varierar med tiden, fig. 3A visar kurvor över hur helvágslikriktad inspän- ning och inström fràn en växelsspänningskälla till anord- ningen i fig. 1 varierar med tiden vid källans frekvens, fig. 3B visar kurvor över hur en helvágslikriktad in- spänning från källan och spänningen över den i fig. 1 visade tredje kondensatorn varierar med tiden vid källans frekvens och v 510 404 fig. 4 visar ett kretsschema över en andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM I fig. l visas en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen. Anordningen innefattar en likriktar- brygga Dl, vars två ingàngsklämmor är avsedda att anslutas till en växelspänningskälla för erhållande av en inspänning Vin, vars ena utgångsklämma är ansluten till en första an- slutningsklämma pà en uppladdnings/urladdningskrets 10 via ett induktororgan Ll och vars andra utgàngsklämma är ansluten till en andra anslutningsklämma på uppladdnings/urladdnings- kretsen 10. Induktororganet Ll, även kallat pumpdrossel, är företrädesvis i form av en spole och uppladdnings/urladd- ningskretsen, vilken vanligen är av typen “valley-fill", innefattar kondensatorer som uppladdas i serie och urladdas parallellt. I denna utföringsform består uppladdnings/urladd- ningskretsen 10 av en första kondensator Cl som är ansluten till en andra kondensator C2 via en första diod D3. Den första kondensatorn Cl är kopplad till uppladdnings/urladd- ningskretsens 10 första anslutningsklämma och den andra kon- densatorn C2 till dess andra anslutningsklämma. En andra diod D2 är kopplad mellan uppladdnings/urladdningskretsens 10 första anslutningsklämma och hopkopplingspunkten mellan den första dioden D3 och den andra kondensatorn C2 och en tredje diod D4 är kopplad mellan uppladdnings/urladdningskretsens 10 andra anslutningsklämma och hopkopplingspunkten mellan den första kondensatorn Cl och den första dioden D3. Dioderna i kretsen är så vända att om summan av absolutvärdet av en spänning över likriktarbryggans Dl ingàngsklämmor och spän- ningen över induktororganet Ll är större än spänningen över den första kondensatorn Cl adderat med den andra kondensatorn 510 404 8 C2, seriekopplas de båda kondensatorerna och om denna spänning är lägre än spänningen över respektive kondensator Cl och C2 parallellkopplas de.

En tredje kondensator C3 är kopplad mellan uppladd- nings/urladdningskretsens 10 två anslutningsklämmor och parallellt med denna tredje kondensator C3 är en slinga kopplad. Denna slinga innefattar en primärlindning av en transformator TR1 samt ett styrbart kopplingsorgan SW1. Det styrbara kopplingsorganet SW1 är företrädesvis någon sorts transistor som styrs medelst PWM-styrning. Transformatorn TRl har en sekundärlindning över vars anslutningsklämmor en fjärde diod D5 i serie med en fjärde kondensator C4 är kopp- lade. Transformatorn TRl, den fjärde dioden D5 och den fjärde kondensatorn C4 bildar tillsammans en omvandlare av “fly- back”-typ. När anordningen är ansluten till växelspännings- källan erhålles en spänning Vin över likriktarbryggans Dl ingångsklämmor som om spänningen är så stor som nämnts i anslutning till dioderna D2, D3 och D4 i uppladdnings/urladd- ningskretsen 10 ger upphov till en inström Iin till anord- ningen, vilken ström är angiven med en pil mellan likriktar- bryggan D1 och induktororganet Ll. Inströmmen Iin matas i huvudsak till den första och andra kondensatorn Cl respektive C2 och används även till att tillsammans med ström från ovan nämnda kondensatorer strömförsörja omvandlaren TRl, D5 och C4 så att en likspänning V¿t erhålles över den fjärde konden- satorn C4, vilken användes för att strömförsörja någon last som är ansluten till anordningen enligt uppfinningen. I fig. 1 är även spänningen VC3över den tredje kondensatorn C3 och strömmen Iswl genom samt spänningen Vswl över det styrda kopp- lingsorganet SW1 införda. Dessa storheter liksom anordningens funktion kommer att förklaras närmare nedan. 9 510 404 I fig. 2A visas spänningen Všwl över det styrda kopp- lingsorganet SW1 i beroende av tiden t för några olika stora inspänningar vid konstant frekvens på omvandlaren. I figuren är två spänningsniváer markerade med streckade linjer, den maximala inspänningen Ü överst och halva den maximala inspän- ningen 1/2 Û underst. Figuren visar hur det styrda kopplings- organet SW1 slås till och fràn. När kopplingsorganet är till- slaget är denna spänning O V och när det är frànslaget har det en relativt hög spänning över sig. Av figuren framgår det att tillslagstiden, på grund av PWM-styrningen, varierar med spänningen Vän över kopplingsorganet. Spänningen Vgn över kopplingsorganet SW1 när detta är frànslaget är i vissa fall mycket större än den maximala inspänningen Ü, vilket beror på att det tillkommer ett spänningsbidrag genom spegling av ut- spänningen från “fly-back”-omvandlaren. Vid frånslag ökar dessutom spänningen först momentant till ett värde strax över spänningskällans halva maximala utspänning 1/2 Û och stiger sedan för vissa av kurvorna linjärt med tiden. Denna linjära stigning hänger ihop med uppladdningen av den tredje konden- satorn C3, vilken kommer att beskrivas närmare nedan.

I fig. 2B visas motsvarande strömmar Iswl genom det styrda kopplingsorganet SW1 för de olika tillslagstiderna i beroende av tiden t. Det styrda kopplingsorganet SW1 leder endast när det är tillslaget och den energi som genom varje strömpuls överförs till omvandlaren är ungefär lika stor vid varje period.

I fig. 2C visas spänningen VC3 över den tredje konden- satorn C3 i beroende av tiden t. Det maximala värdet på denna spänning är visat som att variera mellan källans halva maxi- mala spänning 1/2 Û och dess maximala spänning Û, men i verk- ligheten kan den stiga något över denna senare spänning pà 510 4Ü4 i 10 grund av upplagrad energi i det första induktororganet Ll.

Det som skiljer spänningskurvorna i fig. 2A och 2C åt är, förutom de högre nivåerna i fig. 2A på grund av speglings- bidraget, att spänningen VC3 över den tredje kondensatorn C3, när kopplingsorganet SW1 är tillslaget, långsamt sjunker i riktning mot halva maximala inspänningen 1/2 Û medan spänningen över kopplingsorganet SW1 direkt sjunker till O V.

Samtliga kurvor visar olika tidsintervall då det styrda kopplingsorganet SW1 slås till och fràn, vilka tidpunkter även visas med streckade vertikala linjer som går genom samt- liga figurer. Det i figuren visade tidsintervallet är betyd- ligt kortare än spänningskàllans periodtid. Av detta skäl är ett antal olika spännings- och strömkurvor ritade för att ange hur variation sker för några olika momentana inspän- ningsvärden.

Fig. 3A visar kurvor över hur absolutvärdet av in- spänningen |Vin| samt inströmmen Iin från växelspännings- källan varierar med tiden. Detta absolutvärde är givetvis detsamma som den spänning som erhålles över likriktarbryggans utgàngsklämmor. Absolutvärdet av inspänningen är här visat med en streckad kurva och inströmmen med en heldragen kurva.

Strömuttaget är relativt brett, vilket innebär att effektfak- torn blir hög och den är i detta sammanhang cirka 0,92. I figuren är även nivåerna för källans maximala spänning Û samt halva dess maximala spänning 1/2 Û utritade som av punkter bestående linjer.

Fig. 3B visar samma absolutvärde av inspän- ningen samt spänningen över den tredje kondensatorn VC3 i beroende av tiden. Till skillnad från fig. 2 visar fig. 3 variationen av spänningen VC3 över den tredje kondensatorn C3 över tiden i spänningskàllans frekvensintervall, det vill säga en period T av källans spänning visas, och därför visas 11 i 510 404 de i fig. 2C visade spänningsvariationerna i fig. 3B som vertikala streck. Alla de i fig. 2 och 3 visade kurvorna gäller för en och samma last ansluten till anordningen.

Härefter kommer funktionen av anordningen i fig. 1 att beskrivas under hänvisning till fig. 2 och 3.

De i fig. 1 visade första och andra kondensatorerna Cl och C2 har båda samma kapacitans och är betydligt större än kondensatorn C3, vars kapacitans exempelvis är cirka 1000 gånger mindre. Under antagande av att anordningen arbetar i stationärtillstànd, det vill säga att de första och andra kondensatorerna Cl och C2 vardera har uppladdats till cirka halva källans maximala spänning, arbetar anordningen på följande sätt med de pà varandra följande stegen: al) När absolutvärdet av källans spänning [Vin] har ett G) värde som är större än källans halva maximala spänning 1/2 och kopplingsorganet SWl är frånslaget avger källan ström till anordningen. Härvid laddas den tredje kondensatorn C3 och eventuellt den första och andra kondensatorn Cl och C2, dels med energi direkt från källan och dels med energi som tidigare lagrats i det första induktororganet Ll. Är absolut- värdet av källans spänning |Vin| tillräckligt högt, så att det adderat med spänningen över induktororganet Ll är större än spänningen över den första och andra kondensatorn Cl och C2, laddas den tredje kondensatorn C3 till denna spännings- nivå och då leder även den första dioden D3 så att den första och andra kondensatorn Cl och C2 uppladdas, vilket visas i de tre översta spänningskurvorna i fig. 2C. När absolutvärdet av inspänningen [Vin] befinner sig mellan halva maximala inspän- ningen l/2 Û och den maximala inspänningen Û är de första och andra kondensatorerna Cl och C2 bortkopplade och endast den +s1o 404 12 tredje kondensatorn C3 uppladdas, vilket visas i den näst understa spänningskurvan i fig. 2C. a2) När sedan kopplingsorganet SWl slås till drar trans- formatorn TR1 ström, vilken till att börja med kommer från källan via det första induktororganet Ll och den tredje kon- densatorn C3. Därmed sänkes spänningen V¿3 över den tredje kondensatorn C3. Om denna spänning VC3 hålles tillräckligt hög, det vill säga ej hinner sjunka till halva maximala in- spänningen 1/2 Û, energiförsörjes transformatorn TR1 och således omvandlaren enbart av källan via induktororganet Ll och den tredje kondensatorn C3, såsom framgår av de två över- sta spänningskurvorna i fig. 2C. b) Om spänningen VC3 däremot sjunker ned till cirka halva källans maximala spänning 1/2 Û innan kopplingsorganet SWl återigen ändrar läge, vilket visas i de andra och tredje kurvorna i fig. 2C, kommer den andra och tredje dioden D2 och D4 att leda och även den första och andra kondensatorn Cl och C2 kommer att strömförsörja transformatorn TR1.

Hur mycket ström som transformatorn kräver beror på hur stor lasten över den fjärde kondensatorn C4 är och därmed kan den hastighet med vilken spänningen över den tredje konden- satorn C3 sjunker variera. En spänning som är skillnaden mellan absolutvärdet av källans spänning |V¿n| och spänningen över den tredje kondensatorn Vc3påtryckes över det första induktororganet Ll. Denna spänning kan maximalt uppgå till halva källans maximala spänning 1/2 Ü. På detta vis lagras energi i det första induktororganet Ll, vilken senare, åtmin- stone till en del, användes för att ladda de tre kondensa- torerna Cl, C2 och C3. Denna energi varierar i beroende av spänningen över den tredje kondensatorn C3, det vill säga över omvandlarens ingång, och minskar ju högre spänningen VC3 510 404 13 över kondensatorn C3 är när det styrda kopplingsorganet Swl slås fràn, vilken spänning VC3 ju är beroende av hur mycket ström som uttagits från den tredje kondensatorn C3. På detta vis hindras spänningsnivån som de tre kondensatorerna Cl, C2 och C3 uppladdas till från att skena.

När det momentana absolutvärdet av inspänningen |Vin\ är lägre än halva maximala inspänningen 1/2 Û, sker, såsom fram- går av fig. 3A och 3B, inte någon energitillförsel från källan. De andra och tredje dioderna D2 och D4 leder då hela tiden och de första och andra kondensatorerna Cl och C2 är parallellkopplade med varandra hela kopplingsintervallet. När det styrbara kopplingsorganet SWl är tillslaget energiförsör- jes transformatorn TR1 från den tredje kondensatorn C3 och framförallt parallellt från den första respektive andra kon- densatorn Cl och C2. Pâ så vis hàlles spänningen över den tredje kondensatorn C3 till cirka halva maximala inspänningen l/2 Û, såsom framgår av fig. 3B och den understa kurvan i fig. 2C.

Såsom framgår av fig. 3a uppfyller inströmmens utseende mycket väl kraven enligt normen IEC 1000-3-2.

I fig. 3B visas såsom tidigare nämnts mot i fig. 2B visade svarande spänningsnivåer fast i källans frekvensinter- vall. Såsom framgår av denna figur ligger spänningen V¿3 över den tredje kondensatorn C3 väsentligen konstant vid halva maximala inspänningen 1/2 Û när inspänningen är lägre än detta värde och spänningen VC3 över den tredje kondensatorn C3 varierar, när absolutvärdet av inspänningen är större än halva maximala inspänningen 1/2 Û, från ett understa värde, till att börja med halva maximala inspänningen 1/2 Û, till ett översta värde som relativt långsamt varierar mellan källans halva maximala spänning 1/2 Û och en spänning som är 510 404 h 14 nâgot större än den maximala inspänningen Û. Anledningen till att spänningsnivàer som är högre än den maximala inspänningen Û kan erhållas är att induktororganet Ll pumpar upp spän- ningen över denna nivå. Spänningen V¿3 ändras ganska hastigt mellan dessa olika värden, vilket visas med vertikala streck.

I mitten av varje halvperiod T/2 har den lägsta spännings- nivån en puckel, det vill säga den stiger upp till ett högre värde än halva maximala inspänningen. Utseendet pà denna puckel är beroende av storleken pá den tredje kondensatorn C3. För större värden på C3 fås en bredare puckel och för mindre värden en smalare puckel. Den tredje kondensatorn C3 kan i vissa fall utelämnas. Dä skulle denna puckel ej er- hållas alls utan spänningen skulle falla direkt ned till halva maximala inspänningen 1/2 Û. Även motsvarande kurvor i fig. 2C skulle se annorlunda ut. Vad som motsvarar spänningen VC3 skulle falla nästan omedelbart ned till halva maximala inspänningen vid tillslag av kopplingsorganet SWl.

En tänkbar variation av anordningen enligt uppfinningen är att den första och andra kondensatorn ej skulle vara lika stora utan ha olika kapacitanser. På detta vis skulle en börja leda innan den andra.

En annan variant är att ha flera kondensatorer i upp- laddnings/urladdningskretsen som laddas i serie och urladdas parallellt. Exempelvis erhålles en uppladdnings/urladdnings- krets där tre kondensatorer uppladdas i serie och urladdas parallellt om det mellan den andra kondensatorn C2 och upp- laddnings/urladdningskretsens 10 andra anslutningsklämma kopplas en första ytterligare diod i serie med en ytterligare kondensator och det kopplas en andra och tredje ytterligare diod från uppladdnings/urladdningskretsens 10 första respek- tive andra anslutningsklämma till hopkopplingspunkten mellan den första ytterligare dioden och den ytterligare konden- 510 404 satorn respektive hopkopplingspunkten mellan den andra kon- densatorn C2 och den första ytterligare dioden.

På samma sätt går det givetvis att åstadkomma en upp- laddnings/urladdningskrets med ännu fler kondensatorer. Med tre kondensatorer som är lika stora får man emellertid en anordning där spänningen över den tredje kondensatorn C3 varierar mellan källans maximala spänning och en tredjedel av källans maximala spänning, med fyra kondensatorer en spänning som varierar mellan källans maximala spänning och en fjärde- del av källans maximala spänning, etc.

Det gär givetvis även att kombinera ihop tre eller fler kondensatorer i uppladdnings/urladdningskretsen som har olika kapacitanser. w En ytterligare filtrerande kondensator kan dessutom placeras över likriktarbryggans båda utgängsklämmor för att hindra rippel från att nå källan.

En ytterligare utföringsform av den föreliggande upp- finningen visas i fig. 4. Denna anordning är avsedd att kunna användas i både europeiska och amerikanska elnät och ger väsentligen samma ström till transformatorn TR1 i båda fallen. Liksom i fig. 1 innefattar denna anordning en lik- riktarbrygga D1, till vars ena utgàngsklämma en första anslutningsklämma pà en första uppladdnings/urladdningskrets 12 är ansluten via ett första induktororgan L2. Uppladd- nings/urladdningskretsen 12 är likadan som uppladdnings/ur- laddningskretsen 10 i fig. 1 och innefattar tvà kondensatorer C5 och C6 samt tre dioder D7, D6 och D8, vilka motsvarar de första respektive andra kondensatorerna Cl och C2 samt de första andra respektive tredje dioderna D3, D2 och D4. Till den första uppladdnings/urladdningskretsens 12 andra anslut- ningsklämma är den första anslutningsklämman på en andra upp- laddnings/urladdningskrets 14 ansluten, vilken andra uppladd- lO 510 404 16 nings/urladdningskrets 14 är likadan som den första uppladd- nings/urladdningskretsen 12 och innefattar tvá kondensatorer C7 och C8 samt tre dioder D10, D9 och D11, vilka motsvarar den första respektive andra kondensatorerna Cl och C2 samt de första andra respektive tredje dioderna D3, D2 och D4. En andra anslutningsklämma pà den andra uppladdnings/urladd- ningskretsen 14 är ansluten till den andra utgàngsklämman pà likriktarbryggan D1 via ett andra induktororgan L3. De tvâ induktororganen L2 och L3 är eventuellt lindande pà samma kärna. En tredje kondensator C3, vilken är mycket mindre än de i uppladdnings/urladdningskretsarna 12, 14 innefattade kondensatorerna är kopplad mellan den första anslutnings- klämman pà den första uppladdnings/urladdningskretsen 12 och den andra anslutningsklämman pà den andra uppladdnings/ur- laddningskretsen 14. En slinga innefattande en primärlindning av en transformator TR1 och en styrd strömställare SW1 är kopplad parallellt med den tredje kondensatorn C3. Transfor- matorn TR1 är pà samma sätt som transformatorn i fig. 1 inne- fattad i en omvandlare av “fly-back”-typ som även innefattar en diod D5 och en kondensator C4. Ett andra kopplingsorgan SW2 är dessutom kopplat mellan en ingàngsklämma på likriktar- bryggan D1 och hopkopplingspunkten mellan den första och andra uppladdnings/urladdningskretsen 12 respektive 14.

Funktionen hos anordningen i fig. 4 kommer nu att besk- rivas. Det andra kopplingsorganet SW2 är en manuellt manöv- rerad strömställare, vilken manövreras till att ändra läge när anordningen skall anslutas till en spänningskälla den ej är inställd för sedan tidigare. När anordningen är ansluten till europeiska elnät är det andra kopplingsorganet SW2 fràn- slaget och när det är anslutet till amerikanska elnät är det tillslaget. 17 510 404 När det andra kopplingsorganet SW2 är frånslaget fun- gerar anordningen på samma sätt som anordningen i fig. 1, där de första och andra uppladdnings/urladdningskretsarna 12 respektive 14 arbetar som en enda uppladdnings/urladdnings- krets. Alla de i uppladdnings/urladdningskretsarna ingående kondensatorerna uppladdas i serie, men vid urladdning av dem, urladdas kondensatorerna C8 och C7 i den andra uppladd- nings/urladdningskretsen 14 parallellt med varandra men i serie med kondensatorerna C5 och C6 i den första uppladd- nings/urladdningskretsen 12, vilka senare kondensatorer dock urladdas parallellt med varandra.

När det andra kopplingsorganet SW2 är tillslaget arbetar anordningen på ett något annorlunda sätt. Den första upp- laddnings/urladdningskretsen 12 är verksam under exempelvis den första halvperioden och den andra uppladdnings/urladd- ningskretsen 14 under den andra halvperioden av källans period. Om det i stationärtillstånd är den första uppladd- nings/urladdningskretsen 12 som är verksam, ger den andra uppladdnings/urladdningskretsen 14 konstant en spänning som är halva maximala inspänningen. Kondensatorerna i den första uppladdnings/urladdningskretsen 12 uppladdas vardera till en spänning som är lika med halva maximala inspänningen och när inspänningen väsentligen har sitt maximivärde laddas dessa kondensatorer, och urladdas när inspänningen är vid halva maximala inspänningen. Över den tredje kondensatorn C3 är då en spänning påtryckt som varierar på samma sätt som beskri- vits i anslutning till fig. 2 och 3, men förhållandet till inspänningen är annorlunda. Spänningen varierar mellan en högsta spänningsnivå som är cirka 1,5 gånger toppvärdet av inspänningen och en spänning som är ungefär lika med toppvär- det av inspänningen. När inspänningen är över halva maximala 510 404 18 inspänningen fungerar anordningen på följande sätt med de på varandra följande stegen: al) när det första kopplingsorganet SW1 är frànslaget laddas den tredje kondensatorn C3 och eventuellt konden- satorerna C5 och C6 i den första uppladdnings/urladdnings- kretsen 12 från nätet via de båda induktorerna L2 och L3, a2) när det första kopplingsorganet SW1 sedan slås till strömförsörjes transformatorn TR1 av den tredje kondensatorn C3 och källan via induktorerna L2 och L3 och b) om spänningen över den tredje kondensatorn C3 sjunker till en spänning som är ungefär lika med spänningen över kondensatorerna i den första uppladdnings/urladdningskretsen 12 plus spänningen över kondensatorerna i den andra uppladd- nings/urladdningskretsen 14 matas omvandlaren från nätet via de båda induktorerna L2 och L3, från den tredje kondensatorn C3 samt från samtliga kondensatorer i de båda uppladd- nings/urladdningskretsarna 10 och 12 på det sätt som beskri- vits för denna anordning i anslutning till urladdning av kon- densatorerna i de båda uppladdnings/urladdningskretsarna när den andra strömställaren SW2 är frànslagen.

När inspänningen är mindre än halva maximala inspän- ningen strömförsörjes transformatorn TR1 huvudsakligen av kondensatorerna i de båda uppladdnings/urladdningskretsarna 12, 14.

Självfallet kan den i fig. 4 visade anordningen modi- fieras på samma sätt som nämnts i anslutning till anordningen i fig. 1. I denna utföringsform skulle dock om HF-rippelfilt- rerande kondensatorer används, två stycken kopplas i serie över likriktarbryggans D1 utgàngsklämmor, där hopkopplings- punkten mellan dessa båda kondensatorer anslutes till samma ingàngsklämma pà likriktarbryggan D1 som det andra kopplings- organet SW2 är anslutet till. Dessutom kan även fler än två 19 510 4Ü4 uppladdnings/urladdningskretsar kopplas mellan likriktar- bryggans utgångsklämmor. Uppfinningen är dessutom ej begrän- sad till omvandlare av “fly-back”-typ, utan även andra kan användas, såsom exempelvis sådana av mottaktstyp (push-pull) eller framåttyp (forward).

En ytterligare variant av anordningen i fig. 4 är att utesluta det andra kopplingsorganet SW2 och det till detta kopplingsorgan anslutna benet av likriktarbryggan, så att hopkopplingspunkten mellan de båda uppladdnings/urladdnings- kretsarna anslutes direkt till en pol på växelsspännings- källan.

Den senast beskrivna anordningen är givetvis ej heller begränsad till amerikanska nät.

Claims (14)

10 15 20 25 30 510 404 i 20 PATENTKRAV

1. Anordning för att mata energi från en växelspännings- källa och innefattande en likriktarbrygga (Dl) och en omvand~ lare (TR1, D5, C4), varvid ett första induktororgan (Ll; L2) är kopplat mellan en första utgàngsklämma på likriktarbryggan och en första anslutningsklämma på en första uppladdnings/ur- laddningskrets (l0; 12) innefattande minst två kondensatorer (Cl, C2; C5, C6), vilka är anordnade att uppladdas i serie och urladdas parallellt när spänningarna över dem är lika, vartill omvandlaren innefattar en transformator (TR1) med en primärlindning, kännetecknad av att primärlindningen är kopp- lad i en slinga som sträcker sig från en andra av utgångs- klämmorna pà likriktarbryggan (Dl) till hopkopplingspunkten mellan induktororganet (Ll; L2) och uppladdnings/urladdnings- kretsen (l0; 12) och slingan även innefattar ett styrbart kopplingsorgan (SWl).

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att en tredje kondensator (C3) är kopplad parallellt med nämnda slinga.

3. Anordning enligt något föregående patentkrav, känne- tecknad av att ett andra induktororgan (L3) är kopplat mellan nämnda andra utgàngsklämma på likriktarbryggan (Dl) och nämnda slinga, att minst en andra uppladdnings/urladdnings- krets (14) är kopplad mellan en andra anslutningsklämma på den första uppladdnings/urladdningskretsen (12) och hopkopp- lingspunkten mellan nämnda slinga och nämnda andra induktor- organ samt att ett ytterligare kopplingsorgan (SW2) är kopp- lat mellan en ingàngsklämma pà likriktarbryggan och hopkopp- lingspunkten mellan tvâ av uppladdnings/urladdningskretsarna.

4. Anordning enligt något föregående patentkrav, känne- tecknad av att en uppladdnings/urladdningskrets (l0; 12, 14) innefattar en seriekrets som sträcker sig mellan två anslut- _.'_»- ,._.._._._._.-_..,._-«..__f_._»__,_____. /_ .__»./___. _ , --~_.. lO 15 20 25 30 21 510 404 ningsklämmor pá uppladdnings/urladdningskretsen och som innefattar minst en första och en andra kondensator (Cl, C2; CS, C6; C7, C8), vilka är sammankopplade via en första diod (D3; D7; D10), vartill uppladdnings/urladdningskretsen dess- utom innefattar minst en andra diod (D2; D6; D9), som är kopplad mellan den första anslutningsklämman och hopkopp- lingspunkten mellan den första dioden och den andra konden- satorn, och en tredje diod (D4; D8; D11), som är kopplad mellan en andra anslutningsklämma och hopkopplingspunkten mellan den första kondensatorn och den första dioden.

5. Anordning enligt patentkravet 4, kännetecknad av att seriekretsen innefattar en ytterligare kondensator, vilken är ansluten till den andra kondensatorn via en första ytter- ligare diod och av att en andra ytterligare diod är kopplad mellan den första anslutningsklämman och hopkopplingspunkten mellan den första ytterligare dioden och den ytterligare kon- densatorn.

6. Förfarande för att mata energi från en växelspännings- källa till en omvandlare (TR1, D5, C4) med en ingång om absolutvärdet av spänningen från källan är större än eller ungefär lika med en högsta mellanspänning, vilken innefattar spänningen över minst en första kondensator (Cl; C5) i en första seriekrets, vilken första kondensator också är inne- fattad i en första uppladdnings/urladdningskrets (lO; 12), och innefattande steget: al) att energi matas fràn källan till minst ett induktororgan (L1; L2, L3) samt eventuellt till åtminstone kondensatorerna i den första uppladdnings/ur- laddningskretsen (lO;12), kännetecknat av det därpå följande steget b) att energi matas till omvandlaren från källan via nämnda induktororgan (L1; L2, L3) och i beroende av spänningen (VC3) över ingången pà omvandlaren (TR1, DS, C4) parallellt från alla seriekretsar som har nämnda högsta 10 15 20 25 30 510 404 '22 mellanspänning, så att mängden energi som matas från källan i steget b) är beroende av spänningen (VC3) över ingången på omvandlaren (TRl, D5, C4).

7. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat av att den första seriekretsen innefattar en kondensator (C7) från en andra uppladdnings/urladdningskrets (14), att den högsta mellanspänningen är spänningen över både den första kon- densatorn (CS) och nämnda kondensator i denna andra uppladd- nings/urladdningskrets och att steget al) också innefattar uppladdning av kondensatorerna i den andra uppladdnings/ur- laddningskretsen.

8. Förfarande enligt patentkravet 6, kânnetecknat av det ytterligare steget c) att om den högsta mellanspänningen sjunker till en lägre mellanspänning, vilken minst en andra seriekrets har sedan tidigare, vilken andra seriekrets innefattar en andra kondensator (C2; C6) i den första uppladdnings/urladdningskretsen, sä blir denna lägre mellan- spänning ny högsta mellanspänning och energi matas till omvandlaren frän källan via nämnda induktororgan och parallellt från samtliga seriekretsar som har denna nya högsta mellanspänning.

9. Förfarande enligt patentkravet 8, kännetecknat av att den första seriekretsen innefattar en kondensator (C7) frän en andra uppladdnings/urladdningskrets (14), att den högsta mellanspänningen är spänningen över både den första kon- densatorn (C5) och nämnda kondensator (C7) i denna andra uppladdnings/urladdningskrets (14), att den andra serie- kretsen innefattar även den en kondensator (C8) från den andra uppladdnings/urladdningskretsen (14) och att steget al) också innefattar uppladdning av kondensatorerna i den andra uppladdnings/urladdningskretsen. 10 15 20 25 30 423 510 404

10. Förfarande för att mata energi från en växelspännings- källa till en omvandlare (TR1, D5, C4) med en ingång om absolutvärdet av spänningen från källan är större än eller ungefär lika med en högsta mellanspänning, vilken innefattar spänningen över minst en första kondensator (Cl; C5) i en första seriekrets, vilken första kondensator också är innefattad i en första uppladdnings/urladdningskrets (10; 12), och innefattande de pà varandra följande stegen: al) att energi matas från källan till minst ett induktororgan (Ll; L2, L3) och till en tredje, ej i gruppen innefattad konden- sator (C3), kännetecknat av det därpå följande steget b) att energi matas till omvandlaren fràn källan via nämnda induk- (Ll; L2, L3), tororgan från den tredje kondensatorn samt i beroende av spänningen (VCB) över ingången på omvandlaren (TR1, D5, C4) parallellt frän alla seriekretsar som har nämnda högsta mellanspänning, så att mängden energi som matas från källan i steget b) är beroende av spänningen (VC3) över ingången pà omvandlaren (TR1, D5, C4).

11. ll. Förfarande enligt patentkravet 10, kännetecknat av att steget al) innefattar att energi även matas till åtminstone kondensatorerna i den första uppladdnings/urladdningskretsen (l0; 12).

12. Förfarande enligt patentkravet lO eller ll, kännetecknat av att den första seriekretsen innefattar en kondensator (C7) fràn en andra uppladdnings/urladdningskrets (14), att den högsta mellanspänningen är spänningen över både den första kondensatorn (C5) och kondensatorn i denna andra uppladd- nings/urladdningskrets och att steget al) även innefattar uppladdning av kondensatorerna i den andra uppladdnings/ur- laddningskretsen.

13. Förfarande enligt patentkravet 10 eller ll, kännetecknat av det ytterligare steget c) att om den högsta mellan- 10 15 510 404 i 24 spänningen sjunker till en lägre mellanspänning, vilken minst en andra seriekrets har sedan tidigare, vilken seriekrets innefattar en andra kondensator (C2; C6) i den första uppladdnings/urladdningskretsen (10; 12), så blir denna lägre mellanspänning ny högsta mellanspänning och energi matas till omvandlaren från källan via nämnda induktororgan och parallellt från samtliga seriekretsar som har denna nya högsta mellanspänning.

14. Förfarande enligt patentkravet 13, kânnetecknat av att den första seriekretsen innefattar en kondensator (C7) fràn en andra uppladdnings/urladdningskrets (14), att den högsta mellanspânningen är spänningen över både den första kon- densatorn (C5) och nämnda kondensator i denna andra uppladd- (14), nings/urladdningskrets att den andra seriekretsen innefattar även den en kondensator (C8) fràn den andra upp- laddnings/urladdningskretsen (14) och att steget al) också innefattar uppladdning av kondensatorerna i den andra uppladdnings/urladdningskretsen_